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無需燒結(jié)的新型玻璃3D打印工藝面世

激光制造網(wǎng) 來源:老one編譯2023-06-08 我要評論(0 )   

近日,《Science》雜志發(fā)表的一篇論文表明,由德國卡爾斯魯厄理工學院(以下簡稱:KIT)納米技術研究所(INT)的Jens Bauer博士領導的一個研究團隊開發(fā)的一種新的玻璃3D...

近日,《Science》雜志發(fā)表的一篇論文表明,由德國卡爾斯魯厄理工學院(以下簡稱:KIT)納米技術研究所(INT)的Jens Bauer博士領導的一個研究團隊開發(fā)的一種新的玻璃3D打印工藝可以生產(chǎn)出可直接打印到半導體芯片上的納米精細石英玻璃結(jié)構(gòu)。有機-無機混合聚合物樹脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于該工藝不需要燒結(jié),因此所需的溫度相對較低。同時,更高的分辨率使納米光子具有可見光。


通過新工藝,可以在納米尺度上生產(chǎn)多種多樣的石英玻璃結(jié)構(gòu)。 (來源:Jens Bauer,KIT)


將純二氧化硅制成的石英玻璃打印成微米和納米精細結(jié)構(gòu),為光學、光子學和半導體技術的許多應用開辟了新的可能性。然而,到目前為止,基于傳統(tǒng)燒結(jié)的技術仍占主導地位。

 

燒結(jié)二氧化硅納米顆粒所需的溫度超過1100攝氏度——對于直接沉積在半導體芯片上來說,溫度太高了。該研究團隊現(xiàn)在開發(fā)了一種新工藝,可以在明顯更低的溫度下生產(chǎn)出具有高分辨率和優(yōu)異機械性能的透明石英玻璃。

 

Jens Bauer博士是KIT的Emmy Noether初級研究小組“納米結(jié)構(gòu)超材料”的負責人,他和來自加州大學歐文分校和位于歐文的醫(yī)療技術公司Edwards Lifesciences的同事在《Science》雜志上介紹了這種方法。

 

論文稱,一種專門開發(fā)的有機-無機混合聚合物樹脂作為起始材料。這種液體樹脂由所謂的多面體低聚倍半硅氧烷分子(POSS)組成:微小的籠狀二氧化硅分子帶有有機官能團。

 

一旦形成,完全3D打印和網(wǎng)絡化的納米結(jié)構(gòu)將在空氣中加熱至650攝氏度的溫度。在該過程中,有機成分被排出,同時,無機POSS籠結(jié)合,形成連續(xù)的熔融二氧化硅微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。所需的溫度僅為基于納米顆粒燒結(jié)的工藝的一半。

 

Bauer解釋道:“較低的溫度使我們能夠以可見光納米光子學所需的分辨率將堅固、透明和自由形態(tài)的光學玻璃結(jié)構(gòu)直接打印到半導體芯片上?!背藘?yōu)異的光學質(zhì)量外,這種方式生產(chǎn)的石英玻璃還具有優(yōu)異的機械性能,易于加工。

 

研究團隊用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結(jié)構(gòu),包括獨立的97納米光束的光子晶體、拋物面微透鏡和具有納米結(jié)構(gòu)元件的多透鏡微透鏡。Bauer說:“我們的工藝使結(jié)構(gòu)能夠承受艱難的化學條件或熱度?!?/p>


據(jù)了解,卡爾斯魯厄理工學院目前擁有超過2.5萬名學生,總部位于德國卡爾斯魯厄市,主要從事STEM領域的研究??査刽敹蚶砉W院是一所支持青年科學家的大學,以利用創(chuàng)新的概念培養(yǎng)科學和個人素質(zhì)、良好的大學研究環(huán)境和優(yōu)秀的國家和國際網(wǎng)絡而聞名。3D Matter Made to Order卓越集群是KIT和海德堡大學的聯(lián)合集群,該集群的目標是將3D打印工藝提升到一個新的水平——從分子水平到宏觀維度。

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